微機(jī)課件第一章第一頁，共六十七頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課程是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識(shí)和單片機(jī)的入門課程：微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)目的：建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力。課程目標(biāo)：第二頁，共六十七頁，2022年，8月28日第一章基礎(chǔ)知識(shí)第二章微處理器與總線第三章8086/8088

CPU的指令系統(tǒng)第四章匯編語言程序設(shè)計(jì)第五章存儲(chǔ)器系統(tǒng)第六章輸入輸出和中斷技術(shù)第七章常用數(shù)字接口電路教學(xué)內(nèi)容第三頁，共六十七頁，2022年，8月28日第1章基礎(chǔ)知識(shí)主要內(nèi)容：微機(jī)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)；二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；符號(hào)數(shù)的表示及補(bǔ)碼運(yùn)算第四頁，共六十七頁，2022年，8月28日大中型計(jì)算機(jī)/巨型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)單片計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)的核心：

微處理器(中央處理器CPU)電子計(jì)算機(jī)按其性能分類：§1.1概述第五頁，共六十七頁，2022年，8月28日微型電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展：年代時(shí)間（年）字長(位)典型產(chǎn)品第一代1971～19734／8Intel4004、4040,Intel8008第二代1974～19778Intel8088，Motorola6800，Zilogz-80，Rockwell6502第三代1978～198416Intel8086、8088、80286，MotorolaMC68000第四代1985～199132Intel80386、80486、Motorola68020、MC68030、68040，Z8000第五代1992～現(xiàn)在32／64Pentim(奔騰)，Alpha(超群)，PowerPC(威力)的601、603、604、620，PentimⅡ、PentimMMX、PentimⅢ、P4

、雙核第六頁，共六十七頁，2022年，8月28日代發(fā)表年份字長(bits)型號(hào)線寬(m)晶體管數(shù)(萬個(gè))時(shí)鐘頻率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.3<10.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.9134.77-108-20<11-2四198519893280386804861-227.512012-3325-666-1220-40五199332Pentium0.6-0.833060-200100-200六1995199619971999200132P/ProP/MMXPIIPIIIP40.60.60.35.25-.13.18-.135504507508503000133-200166-233233-450450-12001300-3000>300七2002至今64Itanium

至今0.08>3000第七頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1.2計(jì)算機(jī)的工作過程存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)—又稱為馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)：以運(yùn)算器為核心、以存儲(chǔ)程序原理為基礎(chǔ)；將計(jì)算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的程序；數(shù)據(jù)和程序均以二進(jìn)制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲(chǔ)器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進(jìn)制形式；由控制器控制整個(gè)程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序的執(zhí)行；指令驅(qū)動(dòng)第八頁，共六十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)的工作原理控制器按預(yù)先存放在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的程序的流程自動(dòng)地連續(xù)取出指令并執(zhí)行之。運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器輸入設(shè)備存儲(chǔ)器指令流控制命令數(shù)據(jù)流第九頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1.3微機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器存儲(chǔ)器I/O接口總線微型計(jì)算機(jī)(主機(jī))外設(shè)運(yùn)算器ALU控制器寄存器鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件第十頁，共六十七頁，2022年，8月28日微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線AB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O接口AB:AddressBusDB:DataBusCB:ControlBus第十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日§1.2計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及編碼掌握：特點(diǎn)；表示方法；相互間的轉(zhuǎn)換。第十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日一、常用記數(shù)制

十進(jìn)制——符合人們的習(xí)慣二進(jìn)制——便于物理實(shí)現(xiàn)十六進(jìn)制——便于識(shí)別、書寫八進(jìn)制第十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日如何區(qū)分不同進(jìn)位記數(shù)制的數(shù)字?在數(shù)字后面加一個(gè)字母進(jìn)行區(qū)分：二進(jìn)制：數(shù)字后面加B,如1001B八進(jìn)制：數(shù)字后面加O,如1001O十進(jìn)制：一般不加,或加D

如1001十六進(jìn)制：數(shù)字后面加H,如1001H

在明顯可以區(qū)分其記數(shù)制的情況下，可以省略數(shù)字后面的字母。第十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.十進(jìn)制特點(diǎn)：以十為底，逢十進(jìn)一；

共有0-9十個(gè)數(shù)字符號(hào)。表示：第十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.二進(jìn)制特點(diǎn)：以2為底，逢2進(jìn)位；只有0和1兩個(gè)符號(hào)。表示：第十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.十六進(jìn)制特點(diǎn)：以16為底，逢16進(jìn)位； 有0--9及A--F共16個(gè)數(shù)字符號(hào)。表示：第十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表示一般地，對(duì)任意一個(gè)K進(jìn)制數(shù)S都可表示為其中：

Si

--

S的第i位數(shù)碼，可以是K個(gè)符號(hào)中任何一個(gè)；

n,m–

整數(shù)和小數(shù)的位數(shù)；

K

--

基數(shù)；

Ki

--K進(jìn)制數(shù)的權(quán)第十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日二、各種數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1.非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開，再按十進(jìn)制求和。

例：10110010B

=(?)1013FAH

=(?)10第十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制→二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換： 整數(shù)部分：除2取余；小數(shù)部分：乘2取整。十進(jìn)制→十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分：除16取余；小數(shù)部分：乘16取整。以小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)求得整數(shù)和小數(shù)的各個(gè)位。第二十頁，共六十七頁，2022年，8月28日例：將112.25轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)112/2=56…………..056/2=28…………….028/2=14…………….014/2=7………………07/2=3………………..13/2=1………………..11/2=0………………..10.25×2=0.5…….00.5×2=1.0………1(112.25)10=(1110000.01)2第二十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十六進(jìn)制數(shù)

例：

0101

1000

1001.1100589.C

注意：位數(shù)不夠時(shí)要補(bǔ)0第二十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日§1.3無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算無符號(hào)數(shù)算術(shù)運(yùn)算

有符號(hào)數(shù)邏輯運(yùn)算第二十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日一、無符號(hào)數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算：加法運(yùn)算減法運(yùn)算乘法運(yùn)算除法運(yùn)算第二十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.規(guī)則加法：1+1=0（有進(jìn)位）減法：0-1=1（有借位）乘除法：

一個(gè)數(shù)乘以2相當(dāng)于該數(shù)左移一位；除以2則相當(dāng)于該數(shù)右移1位。第二十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日[例]：00001011×0100=00101100B

相當(dāng)于乘4，所以左移2位00001011÷0100=00000010B…11B

相當(dāng)于除4，所以右移2位即：商=00000010B

余數(shù)=00000011B第二十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.無符號(hào)數(shù)的表示范圍一個(gè)n位的無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X，其表示范圍為：0≤

X≤2n-1若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。（或者說運(yùn)算結(jié)果超出n位，則產(chǎn)生溢出）判別方法：運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出。第二十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日[例]：11111111

+00000001100000000

結(jié)果超出８位（最高位有進(jìn)位），發(fā)生溢出。（結(jié)果為256，超出８位二進(jìn)制數(shù)所能表示的范圍255）

第二十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.邏輯運(yùn)算與(∧)、或(∨)、非(▔)、異或(⊕)特點(diǎn)：按位運(yùn)算，無進(jìn)借位運(yùn)算規(guī)則

例：A=10110110,B=01101011求：A∧B,A∨B,A⊕B第二十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日4.邏輯門邏輯門：完成邏輯運(yùn)算的電路第三十頁，共六十七頁，2022年，8月28日與門（ANDGate）Y=A∧BABY000010100111&ABY注：基本門電路僅完成1位二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算真值表：第三十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日或門（ORGate）Y=A∨BABY000011101111YAB≥1真值表：第三十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日非門（NOTGate）1AYY=AAY0110真值表：第三十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日異或門（eXclusiveORGate）Y=A⊕BYAB⊕ABY000011101110真值表：第三十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日與非門（NANDGate）Y=A∧BABY001011101110真值表：&ABY第三十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日或非門（ORGate）Y=A∨BABY001010100110YAB≥1真值表：第三十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日5.譯碼器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，將不同的地址信號(hào)通過一定的控制電路轉(zhuǎn)換為對(duì)某一芯片的選片信號(hào)，這個(gè)控制電路就稱為譯碼電路。對(duì)應(yīng)的邏輯部件稱為譯碼器。它的作用就是在某一時(shí)刻，將一組輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)確定的輸出信號(hào)。第三十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日74LS138譯碼器G1G2AG2BCBAY0Y7????譯碼輸出譯碼輸入譯碼使能第三十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日74LS138真值表

11111111

11111111

11111111

1111111101

111111

101

111111

1

01

1111

1

1

101

1111

1

1

1

01

11

1

1

1

1

1

01111111

10111111

1

10

000

001010011100101110111

01

10

11

0

100100100100100100100100#Y0#Y1#Y2#Y3#Y4#Y5#Y6#Y7CBAG1#G2A#G2B輸出端輸入端使能端第三十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日§1.4帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

二進(jìn)制數(shù)的最高位定義為符號(hào)位。符號(hào)位為0表示正數(shù)，符號(hào)位為1表示負(fù)數(shù)。連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值。第四十頁，共六十七頁，2022年，8月28日[例]：

+52=+0110100=0

0110100

符號(hào)位數(shù)值位

-52=-0110100=1

0110100

真值機(jī)器數(shù)第四十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.符號(hào)數(shù)的表示

對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補(bǔ)碼3種。數(shù)X的原碼記作[X]原，反碼記作[X]反，補(bǔ)碼記作[X]補(bǔ)。注意：對(duì)正數(shù)，三種表示法均相同。它們的差別在于對(duì)負(fù)數(shù)的表示。第四十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日原碼[X]原定義： 符號(hào)位：0表示正，1表示負(fù)；數(shù)值位：真值的絕對(duì)值。第四十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日原碼的例子真值：X=+18=+0010010X=-18=-0010010原碼：[X]原=00010010[X]原=10010010符號(hào)符號(hào)位n位原碼表示數(shù)值的范圍是：對(duì)應(yīng)的原碼是1111～0111。第四十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日數(shù)0的原碼8位數(shù)0的原碼：

+0=00000000-0=10000000

即：數(shù)0的原碼不唯一。第四十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日反碼[X]反定義：

若X>0，則

[X]反=[X]原

若X<0，則

[X]反=對(duì)應(yīng)原碼的符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反。第四十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日[例]：求以下機(jī)器數(shù)的反碼X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=11001011第四十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日反碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010反碼[X]反=00010010[X]反=11101101符號(hào)符號(hào)位n位反碼表示數(shù)值的范圍是：對(duì)應(yīng)的反碼是1000～0111。第四十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日0的反碼：

[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：數(shù)0的反碼也不是唯一的。第四十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日補(bǔ)碼定義：若X>0，則[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原若X<0，則[X]補(bǔ)=[X]反+1第五十頁，共六十七頁，2022年，8月28日[例]：求以下機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是：對(duì)應(yīng)的補(bǔ)碼是1000～0111。第五十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日0的補(bǔ)碼：[+0]補(bǔ)=[+0]原=00000000[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=11111111+1=100000000

對(duì)8位字長，進(jìn)位被舍掉∴[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=00000000第五十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日特殊數(shù)10000000該數(shù)在原碼中定義為：-0在反碼中定義為：-127在補(bǔ)碼中定義為：-128對(duì)無符號(hào)數(shù)：(10000000)２=128第五十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日8位有符號(hào)數(shù)的表示范圍：對(duì)8位二進(jìn)制數(shù)：原碼：-127~+127反碼：-127~+127補(bǔ)碼：-128~+127想一想：16位有符號(hào)數(shù)的表示范圍是多少？第五十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：

1）求出真值：對(duì)負(fù)數(shù)補(bǔ)碼再求補(bǔ)

2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換第五十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日[例]：求一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)的真值。1)[X]補(bǔ)=00101110B

真值為：+0101110B

2)[X]補(bǔ)=11010010B

真值為：X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)

=-0101110B

第五十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日[例]：將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。1)[X]補(bǔ)=00101110B真值為：+0101110B所以：X=+462)[X]補(bǔ)=11010010B

真值為：X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)

=-0101110B

所以：X=-46第五十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則通過引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。規(guī)則如下：

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)-[Y]補(bǔ)其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算。第五十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日[例]：X=-0110100，Y=+1110100，求[X+Y]補(bǔ)[X]原=10110100[X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100[Y]補(bǔ)=[Y]原=01110100[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

=11001100+01110100=01000000第五十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日若已知[X]補(bǔ)=11101011，[y]補(bǔ)=01001010，則[x-y]補(bǔ)=()。

A．10100000

B．10100001

C．11011111

D．溢出

第六十頁，共六十七頁，2022年，8月28日4.符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問題進(jìn)(借)位—